KR101264020B1 - System for energy storage and method for control the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 에너지 저장 시스템 및 에너지 저장 시스템 제어방법에 관한 것으로, 복수 개의 단위셀이 직렬 및/또는 병렬로 연결되는 단위셀 패키지; 상기 단위셀 패키지와 연결되어, 상기 단위셀 패키지로 에너지를 공급하거나 상기 단위셀 패키지에 저장된 에너지를 출력하는 입출력단; 상기 단위셀 패키지와 입출력단 사이에 연결되어, 상기 단위셀 패키지와 입출력단 사이를 연결하거나 차단하는 차단스위치; 상기 복수 개의 단위셀 및/또는 단위셀 패키지와 연결되어, 상기 복수 개의 단위셀 및/또는 상기 단위셀 패키지의 전압을 모니터링 하는 슬레이브; 및 상기 슬레이브와 연결되어 상기 슬레이브에서 모니터링된 정보를 전송받고, 상기 모니터링된 정보에 따라 상기 슬레이브 및 상기 차단스위치를 제어하는 신호를 생성하는 마스터;를 포함할 수 있다.The present invention relates to an energy storage system and an energy storage system control method, comprising: a unit cell package in which a plurality of unit cells are connected in series and / or in parallel; An input / output terminal connected to the unit cell package and supplying energy to the unit cell package or outputting energy stored in the unit cell package; A disconnecting switch connected between the unit cell package and the input / output terminal to connect or disconnect the unit cell package and the input / output terminal; A slave connected to the plurality of unit cells and / or unit cell packages to monitor voltages of the plurality of unit cells and / or the unit cell packages; And a master connected with the slave to receive information monitored by the slave and generating a signal for controlling the slave and the disconnect switch according to the monitored information.
Description
본 발명은 에너지 저장 시스템 및 에너지 저장 시스템 제어방법에 관한 것이다.
The present invention relates to an energy storage system and a method for controlling the energy storage system.
정보통신 기기와 같은 각종 전자제품에서 안정적인 에너지의 공급은 중요한 요소가 되고 있다. 일반적으로 이러한 기능은 전지(Battery)가 수행하게 되는데, 최근들어 휴대용 기기의 비중이 높아짐에 따라 수천 내지 수만 회 이상 충방전을 반복하면서 기기에 에너지를 공급할 수 있는 이차전지가 대세를 이루고 있다.The supply of stable energy is becoming an important factor in various electronic products such as information and communication devices. In general, such a function is performed by a battery, and as the proportion of portable devices increases in recent years, secondary batteries capable of supplying energy to devices while repeatedly charging and discharging thousands or tens of thousands of times are popular.
한편, 이차전지의 대표적인 예로써 리튬이온 이차전지가 있는데, 상기 리튬이온 이차전지는 높은 에너지밀도로 인하여 작고 가벼우면서도 장시간 동안 안정적인 전원공급이 가능하다는 장점이 있지만, 파워밀도가 낮아 순간출력이 낮으며, 충전에 장시간이 소요될 뿐만 아니라, 충방전에 따른 수명 또한 수천 회 정도로 짧다는 한계가 있다.On the other hand, a typical example of a secondary battery is a lithium ion secondary battery, the lithium ion secondary battery has the advantage of being able to provide a stable power supply for a long time, small and light due to the high energy density, but the instantaneous output is low due to low power density In addition, not only takes a long time to charge, but also has a limitation that the lifespan due to charging and discharging is also short as thousands of times.
상기와 같은 리튬이온 이차전지의 한계점을 보완하기 위하여 최근 화두로 떠오르고 있는 울트라커패시터 또는 슈퍼커패시터라 불리는 장치는 빠른 충방전 속도, 높은 안정성, 그리고 친환경적 특성으로 인해, 차세대 에너지 저장 장치로 각광받고 있다. 상기와 같은 울트라커패시터 또는 슈퍼커패시터는 리튬이온 이차전지에 비하여 에너지밀도는 낮은 편이지만 파워밀도가 리튬이온 이차전지에 비하여 수십 내지 수백배 이상 크고, 충방전 수명 또한 수십만 회 이상이 될 뿐만 아니라, 수 초 만에 완전충전이 가능할 정도로 충방전 속도가 매우 빠르다는 장점이 있다.Ultracapacitors or supercapacitors, which have recently emerged as a hot topic in order to supplement the limitations of the lithium ion secondary batteries as described above, have been spotlighted as next generation energy storage devices due to their fast charging and discharging speed, high stability, and environmentally friendly characteristics. The ultracapacitor or supercapacitor as described above has a lower energy density than a lithium ion secondary battery, but its power density is several tens to several hundred times larger than a lithium ion secondary battery, and its charge and discharge life is not only hundreds of thousands of times. Charging and discharging speed is so fast that it can be fully charged in seconds.
일반적인 슈퍼커패시터는 전극 구조체(electrode structure), 분리막(seperator), 그리고 전해액(eletrolyte solution) 등으로 구성된다. 상기 슈퍼커패시터는 상기 전극 구조체에 전력을 가해, 전해액 내 캐리어 이온들을 선택적으로 상기 전극에 흡착시키는 전기 화학적 메커니즘을 원리로 하여 구동된다. 현재, 대표적인 슈퍼커패시터들로 전기이중층 커패시터(electric double layer capacitor:EDLC), 의사 커패시터(pseudocapacitor), 그리고 하이브리드 커패시터(hybrid capacitor) 등이 있다.A general supercapacitor is composed of an electrode structure, a separator, and an electrolyte solution. The supercapacitor is driven on the basis of an electrochemical mechanism that applies power to the electrode structure to selectively adsorb carrier ions in electrolyte to the electrode. Currently, representative supercapacitors include an electric double layer capacitor (EDLC), a pseudocapacitor, and a hybrid capacitor.
상기 전기이중층 커패시터는 활성탄소(activated carbon)로 이루어진 전극을 사용하고, 전기이중층 전하흡착(electric double layer charging)을 반응 메커니즘으로 하는 슈퍼커패시터이다. 상기 의사 커패시터는 전이금속 산화물(transition metal oxide) 또는 전도성 고분자(conductive polymer)를 전극으로 사용하고, 유사용량(pseudo-capacitance)을 반응 메커니즘으로 하는 슈퍼커패시터이다. 그리고, 상기 하이브리드 커패시터는 상기 전기이중층 커패시터와 의사 커패시터의 중간적인 특성을 갖는 슈퍼커패시터이다.The electric double layer capacitor is a supercapacitor using an electrode made of activated carbon, and using electric double layer charging as a reaction mechanism. The pseudo capacitor is a supercapacitor that uses transition metal oxide or conductive polymer as an electrode and uses pseudo-capacitance as a reaction mechanism. The hybrid capacitor is a supercapacitor having an intermediate characteristic between the electric double layer capacitor and the pseudo capacitor.
상기와 같은 전지, 이차전지, 커패시터들은 에너지 저장체로써 각종 전기 응용 제품을 구동하는데 활용되는데, 각 셀들이 공급할 수 있는 전압은 수 볼트 정도로 낮은 편이어서 높은 전압이 필요한 기기에 에너지원으로 사용되기 위해서는 복수 개의 셀들을 직렬로 연결하는 모듈화가 필수적이다.Such batteries, secondary batteries, and capacitors are used as energy storage devices to drive various electrical applications. The voltage that each cell can supply is low, such as several volts, so that it can be used as an energy source for devices requiring high voltage. Modulation of connecting a plurality of cells in series is essential.
또한, 상기와 같이 단위셀들을 직렬로 연결하여 에너지원으로 사용함에 있어서, 각 셀들이 불균일하게 작동하게 되면 모듈 자체의 수명이 급격히 감소할 뿐만 아니라, 과전압으로 인한 기기의 손상이나, 저전압으로 인한 기기의 정상동작 불가 상황이 발생할 수 있으므로, 단위셀들이 안정적인 범위에서 충방전 동작을 수행할 수 있도록 제어하는 수단이 필요하다.In addition, in the unit cells connected in series as an energy source as described above, if each cell is operated inhomogeneously, not only the life of the module itself is drastically reduced, but also the device is damaged due to overvoltage Since a normal operation impossible situation may occur, a means for controlling unit cells to perform a charge / discharge operation in a stable range is required.
한편, 상기와 같이 다수의 단위셀들의 안정적인 충방전을 제어하기 위하여 각 셀의 전압을 검출하여 모니터링하고, 검출된 전압값이 기준값 보다 높을 경우 해당 셀에 공급되는 전원을 차단하는 기술들이 제안되고 있다.Meanwhile, in order to control stable charging and discharging of a plurality of unit cells as described above, technologies for detecting and monitoring the voltage of each cell and cutting off the power supplied to the corresponding cell when the detected voltage value is higher than the reference value have been proposed. .
그러나, 종래의 기술들로 단위셀 각각의 안정화는 가능할 수 있지만, 복수 개의 단위셀들이 직렬로 연결되어 이루어지는 단위셀 패키지 레벨의 안정화에는 한계가 있었다.However, although the stabilization of each unit cell may be possible through conventional techniques, there is a limit in stabilization of a unit cell package level in which a plurality of unit cells are connected in series.
단위셀 패키지의 과충전 또는 과열 상태가 발생할 경우, 단위셀 패키지 자체 및 단위셀 패키지를 포함하는 에너지 저장 시스템 전체의 성능열화를 유발하는 동시에 상기 단위셀 패키지를 포함하는 에너지 저장 시스템으로부터 에너지를 공급받는 다른 시스템의 성능 또한 열화시킬 수 있다.In the event of overcharging or overheating of the unit cell package, the performance of the unit cell package itself and the entire energy storage system including the unit cell package may be degraded, and other energy supplied from the energy storage system including the unit cell package may be used. The performance of the system can also degrade.
따라서, 단위셀 패키지 및 단위셀 패키지를 포함하는 에너지 저장 시스템 전체의 안정적인 운용이 가능한 기술에 대한 요구가 높아지고 있다.
Therefore, the demand for a technology capable of stable operation of the entire energy storage system including a unit cell package and a unit cell package is increasing.
상기와 같은 문제점들을 해결하기 위하여 창안된 본 발명은 신뢰성 및 안정성을 향상시킨 에너지 저장 시스템 및 에너지 저장 시스템 제어방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
The present invention devised to solve the above problems is an object of the present invention to provide an energy storage system and an energy storage system control method for improving reliability and stability.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일실시예에 의한 에너지 저장 시스템은, 에너지를 저장하거나 출력하는 복수 개의 단위셀이 구비된 에너지 저장 시스템에 있어서, 상기 복수 개의 단위셀이 직렬 및/또는 병렬로 연결되는 단위셀 패키지; 상기 단위셀 패키지와 연결되어, 상기 단위셀 패키지로 에너지를 공급하거나 상기 단위셀 패키지에 저장된 에너지를 출력하는 입출력단; 상기 단위셀 패키지와 입출력단 사이에 연결되어, 상기 단위셀 패키지와 입출력단 사이를 연결하거나 차단하는 차단스위치; 상기 복수 개의 단위셀 및/또는 상기 단위셀 패키지와 연결되어, 상기 복수 개의 단위셀 및/또는 상기 단위셀 패키지의 전압을 모니터링 하는 슬레이브; 및 상기 슬레이브와 연결되어 상기 슬레이브에서 모니터링된 정보를 전송받고, 상기 모니터링된 정보에 따라 상기 슬레이브 및 상기 차단스위치를 제어하는 신호를 생성하는 마스터;를 포함할 수 있다.Energy storage system according to an embodiment of the present invention for achieving the above object, in the energy storage system having a plurality of unit cells for storing or outputting energy, the plurality of unit cells are in series and / or Unit cell packages connected in parallel; An input / output terminal connected to the unit cell package and supplying energy to the unit cell package or outputting energy stored in the unit cell package; A disconnecting switch connected between the unit cell package and the input / output terminal to connect or disconnect the unit cell package and the input / output terminal; A slave connected to the plurality of unit cells and / or the unit cell packages and monitoring voltages of the plurality of unit cells and / or the unit cell packages; And a master connected with the slave to receive information monitored by the slave and generating a signal for controlling the slave and the disconnect switch according to the monitored information.
또한, 상기 마스터와 연결되어 상기 모니터링된 정보를 전송받고, 상기 마스터를 제어하는 신호를 생성하는 호스트;를 더 포함할 수 있다.The apparatus may further include a host connected to the master to receive the monitored information and to generate a signal for controlling the master.
또한, 상기 복수 개의 단위셀 각각에 병렬로 연결되는 바이패스 저항; 및 상기 바이패스 저항과 단위셀 사이를 연결하거나 차단하는 바이패스 스위치;를 더 포함할 수 있다.In addition, a bypass resistor connected to each of the plurality of unit cells in parallel; And a bypass switch that connects or blocks the bypass resistor and the unit cell.
이때, 상기 슬레이브가 상기 바이패스 스위치의 온/오프를 제어할 수 있다.In this case, the slave may control the on / off of the bypass switch.
한편, 상기 차단스위치는, 임계값을 초과하는 출력이 인가되면 스스로 컷-오프 되는 기계적 스위치를 포함할 수 있다.On the other hand, the cutoff switch may include a mechanical switch that is cut off by itself when an output exceeding a threshold value is applied.
또한, 상기 차단스위치는, 상기 마스터에서 발생되는 제어신호를 인가받아 온/오프 되는 프로그래밍적 스위치를 포함할 수 있다.In addition, the cutoff switch may include a programmable switch that is turned on / off by receiving a control signal generated from the master.
또한, 상기 차단스위치는, 상기 마스터에서 발생되는 제어신호를 인가받아 온/오프 되는 프로그래밍적 스위치; 및 임계값을 초과하는 출력이 인가되면 스스로 컷-오프 되는 기계적 스위치;를 포함할 수 있다.The cutoff switch may further include a programmable switch that is turned on / off by receiving a control signal generated from the master; And a mechanical switch which cuts off itself when an output exceeding a threshold is applied.
이때, 상기 프로그래밍적 스위치는 상기 단위셀 패키지와 연결되고, 상기 기계적 스위치는 상기 프로그래밍적 스위치와 연결될 수 있다.In this case, the programmable switch may be connected to the unit cell package, and the mechanical switch may be connected to the programmable switch.
또한, 상기 차단스위치는, 미리 설정된 임계값을 기준으로 상기 마스터가 발생하는 제어신호를 인가받아 온/오프 되는 프로그래밍적 스위치;를 포함하며, 상기 임계값은 상기 호스트에 의하여 제어되는 것인, 상기 임계값은 상기 호스트에 의하여 제어되는 것일 수 있다.
The cutoff switch may include a programmable switch configured to be turned on / off by receiving a control signal generated by the master based on a preset threshold value, wherein the threshold value is controlled by the host. The threshold value may be one controlled by the host.
한편, 상기 슬레이브는 상기 복수 개의 단위셀 및/또는 상기 단위셀 패키지의 전압 대신 온도를 모니터링하거나, 상기 복수 개의 단위셀 및/또는 상기 단위셀 패키지의 전압과 온도를 동시에 모니터링 하는 것일 수 있다.
Meanwhile, the slave may monitor temperature instead of the voltage of the plurality of unit cells and / or the unit cell package, or simultaneously monitor the voltage and temperature of the plurality of unit cells and / or the unit cell package.
본 발명의 일실시예에 따른 에너지 저장 시스템 제어방법은, 에너지를 저장하거나 출력하는 복수 개의 단위셀이 직렬로 연결되는 단위셀 패키지가 구비된 에너지 저장 시스템을 제어하는 방법에 있어서, 상기 복수 개의 단위셀 및/또는 상기 단위셀 패키지의 전압값을 모니터링하면서, 모니터링된 전압값이 임계값을 초과하면 상기 단위셀 패키지에 에너지를 공급하거나 상기 단위셀 패키지에 저장된 에너지를 외부로 출력하는 경로를 차단한 후, 모니터링된 전압값이 임계값 이하가 되면 상기 경로를 다시 연결하는 것일 수 있다.An energy storage system control method according to an embodiment of the present invention includes a method of controlling an energy storage system having a unit cell package in which a plurality of unit cells for storing or outputting energy are connected in series. While monitoring the voltage value of the cell and / or the unit cell package, if the monitored voltage value exceeds the threshold, the path for supplying energy to the unit cell package or outputting the energy stored in the unit cell package to the outside is blocked. Then, when the monitored voltage value is less than the threshold value may be to reconnect the path.
이때, 상기 복수 개의 단위셀 및/또는 상기 단위셀 패키지의 전압값을 모니터링하는 대신 상기 단위셀 패키지의 온도값을 모니터링하거나, 상기 단위셀 패키지의 전압값 및 온도값을 동시에 모니터링할 수 있다.
In this case, instead of monitoring the voltage values of the plurality of unit cells and / or the unit cell package, the temperature value of the unit cell package may be monitored, or the voltage value and the temperature value of the unit cell package may be simultaneously monitored.
상기와 같이 구성된 본 발명은 단위셀 패키지의 과충전 또는 과열 상태를 모니터링 하여 단위셀 패키지로 공급되는 에너지를 차단하거나, 단위셀 패키지의 출력을 차단할 수 있으므로 신뢰성 및 안정성이 향상된 에너지 저장 시스템을 제공할 수 있다.The present invention configured as described above can block the energy supplied to the unit cell package by monitoring the overcharge or overheating state of the unit cell package, or can block the output of the unit cell package can provide an energy storage system with improved reliability and stability. have.
또한, 에너지 저장 시스템의 일 구성요소인 슬레이브에서 단위셀들의 상태만 모니터링 하여 마스터로 전송하고, 마스터는 슬레이브로부터 전송받은 정보를 취합하여 단위셀 패키지의 상태를 모니터링할 수 있으므로 슬레이브의 설계 자유도가 향상된다.In addition, the slave, which is a component of the energy storage system, monitors the state of only the unit cells and transmits them to the master, and the master can monitor the state of the unit cell package by collecting information received from the slave, thereby improving design freedom of the slave. do.
또한, 상기 마스터가 별도의 호스트와 연결되는 경우에도, 상기 호스트는 단순한 제어값들을 설정하는 것 만으로 에너지 저장 시스템 전체를 안정적으로 운용할 수 있으므로 호스트의 설계 자유도가 향상된다.
In addition, even when the master is connected to a separate host, the host can stably operate the entire energy storage system simply by setting simple control values, thereby improving host design freedom.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 에너지 저장 시스템을 개략적으로 예시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 에너지 저장 시스템의 한 주요부를 개략적으로 예시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 에너지 저장 시스템의 다른 주요부를 개략적으로 예시한 도면이다.
도 4 내지 도 7은 도 3의 변형예들을 개략적으로 예시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 에너지 저장 시스템 제어방법의 일부를 예시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 에너지 저장 시스템 제어방법의 다른 일부를 예시한 도면이다.1 is a view schematically illustrating an energy storage system according to an embodiment of the present invention.
2 is a diagram schematically illustrating a main part of an energy storage system according to an embodiment of the present invention.
3 is a diagram schematically illustrating another main part of an energy storage system according to an embodiment of the present invention.
4 to 7 are schematic diagrams illustrating modifications of FIG. 3.
8 is a diagram illustrating a part of a method for controlling an energy storage system according to an embodiment of the present invention.
9 is a diagram illustrating another part of a method for controlling an energy storage system according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 기술 등은 첨부되는 도면들과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있다. 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 함과 더불어, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공될 수 있다. 명세서 전문에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.The advantages and features of the present invention and the techniques for achieving them will be apparent from the following detailed description taken in conjunction with the accompanying drawings. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. The present embodiments are provided so that the disclosure of the present invention is not only limited thereto, but also may enable others skilled in the art to fully understand the scope of the invention. Like reference numerals refer to like elements throughout the specification.
본 명세서에서 사용된 용어들은 실시예를 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprise)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
The terms used herein are intended to illustrate the embodiments and are not intended to limit the invention. In the present specification, the singular form includes plural forms unless otherwise specified in the specification. It is to be understood that the terms 'comprise', and / or 'comprising' as used herein may be used to refer to the presence or absence of one or more other components, steps, operations, and / Or additions.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구성 및 작동을 더욱 상세하게 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in more detail the configuration and operation of the present invention.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 에너지 저장 시스템을 개략적으로 예시한 도면이다.1 is a view schematically illustrating an energy storage system according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 에너지 저장 시스템은 단위셀 패키지(CP), 입출력단(A), 차단스위치(SW), 슬레이브(SL) 및 마스터(M)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1, an energy storage system according to an embodiment of the present invention may include a unit cell package CP, an input / output terminal A, a cutoff switch SW, a slave SL, and a master M. have.
상기 단위셀 패키지(CP)는 복수 개의 단위셀(C)이 직렬 또는 병렬로 연결되어 구현될 수 있다.The unit cell package CP may be implemented by connecting a plurality of unit cells C in series or in parallel.
상기 단위셀 패키지(CP)는 슬레이브(SL) 및 입출력단(A)에 연결될 수 있으며, 이때, 상기 단위셀 패키지(CP)와 입출력단(A) 사이에 차단스위치(SW)가 연결될 수 있다.The unit cell package CP may be connected to the slave SL and the input / output terminal A. In this case, the cutoff switch SW may be connected between the unit cell package CP and the input / output terminal A. FIG.
상기 입출력단(A)을 통하여 단위셀 패키지(CP)로 에너지가 공급되거나, 단위셀 패키지(CP)에 저장된 에너지가 상기 입출력단(A)을 통하여 출력될 수 있다.Energy may be supplied to the unit cell package CP through the input / output terminal A, or energy stored in the unit cell package CP may be output through the input / output terminal A. FIG.
상기 차단스위치(SW)는 단위셀 패키지(CP)와 입출력단(A) 사이에 구비되어 단위셀 패키지(CP)와 입출력단(A) 사이를 연결하거나 차단할 수 있다.The cutoff switch SW may be provided between the unit cell package CP and the input / output terminal A to connect or block the unit cell package CP and the input / output terminal A.
이때, 상기 차단스위치(SW)는 임계값을 초과하는 출력이 단위셀 패키지(CP)와 입출력단(A) 사이에 인가되면 스스로 컷-오프 되는 퓨즈 등의 기계적 스위치(SW2)로 구현될 수 있다.In this case, the cutoff switch SW may be implemented as a mechanical switch SW2 such as a fuse which is cut off by itself when an output exceeding a threshold is applied between the unit cell package CP and the input / output terminal A. .
또한, 상기 차단스위치(SW)는, 제어신호에 따라 온/오프 되는 프로그래밍적 스위치(SW1)로 구현될 수도 있으며, 기계적 스위치(SW2)와 프로그래밍적 스위치(SW1)를 모두 포함할 수도 있다.In addition, the cutoff switch SW may be implemented as a programmable switch SW1 that is turned on / off according to a control signal, and may include both a mechanical switch SW2 and a programmable switch SW1.
상기 슬레이브(SL)는 복수 개의 단위셀(C) 각각 및/또는 단위셀 패키지(CP)에 연결될 수 있다.The slave SL may be connected to each of a plurality of unit cells C and / or a unit cell package CP.
이때, 상기 단위셀 패키지(CP)는 슬레이브(SL)와 결합된 모듈 형태로 제공될 수도 있다.In this case, the unit cell package CP may be provided in the form of a module coupled to the slave SL.
상기 슬레이브(SL)는 상기 복수 개의 단위셀(C) 및/또는 상기 단위셀 패키지(CP)의 전압을 모니터링 할 수 있다. 이때, 전압 대신 온도를 모니터링할 수 있으며, 전압과 온도를 동시에 모니터링 할 수도 있다.The slave SL may monitor voltages of the plurality of unit cells C and / or the unit cell package CP. At this time, temperature can be monitored instead of voltage, and voltage and temperature can be monitored simultaneously.
상기 마스터(M)는 상기 슬레이브(SL)와 연결될 수 있다. 이때, 복수 개의 슬레이브(SL)가 한 개의 마스터(M)에 연결될 수 있다.The master M may be connected to the slave SL. In this case, the plurality of slaves SL may be connected to one master M.
상기 마스터(M)는 슬레이브(SL)에서 모니터링된 정보를 전송받을 수 있다.The master M may receive information monitored by the slave SL.
상기 슬레이브(SL)가 복수 개의 단위셀(C) 전압만을 모니터링 하는 경우, 상기 마스터(M)는 슬레이브(SL)로부터 전송받은 단위셀(C)들의 전압을 취합하여 단위셀 패키지(CP)의 전압 상태를 모니터링 할 수 있다.When the slave SL monitors only a plurality of unit cell C voltages, the master M collects the voltages of the unit cells C received from the slave SL, and then the voltage of the unit cell package CP. Status can be monitored.
또한, 상기 슬레이브(SL)가 단위셀 패키지(CP)의 전압을 모니터링 하는 경우, 상기 마스터(M)는 슬레이브(SL)로부터 전송받은 단위셀 패키지(CP) 전압 상태를 그대로 활용할 수 있다.In addition, when the slave SL monitors the voltage of the unit cell package CP, the master M may use the unit cell package CP state received from the slave SL as it is.
이때, 상기 마스터(M)는 모니터링된 단위셀 패키지(CP)의 전압 상태가 과전압 상태인 경우 또는 과열된 상태인 경우, 상기 차단스위치(SW)를 오프 시키는 제어신호를 발생할 수 있다.In this case, when the voltage state of the monitored unit cell package CP is an overvoltage state or an overheated state, the master M may generate a control signal for turning off the cutoff switch SW.
또한, 미리 설정된 임계값과 모니터링된 전압값 또는 온도값과 비교하여 과전압 또는 과열 상태를 벗어난 경우 상기 차단스위치(SW)를 온 시키는 제어신호를 발생할 수 있다.
In addition, a control signal for turning on the cutoff switch SW may be generated when an overvoltage or overheating condition is deviated by comparing a preset threshold value with a monitored voltage value or a temperature value.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 에너지 저장 시스템의 한 주요부를 개략적으로 예시한 도면이다.2 is a diagram schematically illustrating a main part of an energy storage system according to an embodiment of the present invention.
도 2를 참조하면, 복수 개의 단위셀(C)이 직렬로 연결되어 단위셀 패키지(CP)를 이루며, 이때, 각각의 단위셀(C)들에는 바이패스 저항(R)과 바이패스 스위치(S)가 구비될 수 있다.Referring to FIG. 2, a plurality of unit cells C are connected in series to form a unit cell package CP. In this case, each unit cell C includes a bypass resistor R and a bypass switch S. ) May be provided.
또한, 상기 슬레이브(SL)는 단위셀(C)들 각각의 전압 또는 온도가 정상보다 높은 경우, 해당되는 단위셀(C)에 연결된 바이패스 스위치(S)를 온 시키는 제어신호를 발생하여 단위셀(C)의 에너지를 바이패스 저항(R)을 통하여 소모시키는 동시에 공급되는 에너지를 바이패스시킬 수 있다.In addition, when the voltage or temperature of each of the unit cells C is higher than normal, the slave SL generates a control signal for turning on the bypass switch S connected to the corresponding unit cell C. The energy of (C) may be consumed through the bypass resistor R, and the supplied energy may be bypassed.
또한, 단위셀(C)의 전압 또는 온도가 정상상태로 복귀된 경우, 바이패스 스위치(S)를 오프시켜 상기 단위셀(C)을 다시 가동할 수 있다.In addition, when the voltage or temperature of the unit cell C is returned to the normal state, the bypass cell S may be turned off to operate the unit cell C again.
이상과 같은 바이패스 스위치(S)의 동작과정을 도 8에 예시하였다.
The operation of the bypass switch S as described above is illustrated in FIG. 8.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 에너지 저장 시스템의 다른 주요부를 개략적으로 예시한 도면이다.3 is a diagram schematically illustrating another main part of an energy storage system according to an embodiment of the present invention.
도 3을 참조하면, 상기 차단스위치(SW)는 프로그래밍적 스위치(SW1)로 구현될 수 있다.Referring to FIG. 3, the cutoff switch SW may be implemented as a programmable switch SW1.
상기 프로그래밍적 스위치(SW1)로 IGBT 스위치 등을 사용할 수 있다.An IGBT switch or the like may be used as the programmable switch SW1.
상기 프로그래밍적 스위치(SW1)는 제어신호에 따라 온/오프가 제어될 수 있다.The programmable switch SW1 may be controlled on / off according to a control signal.
이때, 상기 프로그래밍적 스위치(SW1)를 제어하는 제어신호는 상기 마스터(M)에서 발생하여 프로그래밍적 스위치(SW1)로 인가될 수 있다.In this case, a control signal for controlling the programmable switch SW1 may be generated by the master M and applied to the programmable switch SW1.
상기 마스터(M)에서는 슬레이브(SL)로부터 전송받는 모니터링 정보를 이용하여 미리 정해진 임계값과 비교함으로써, 과전압 또는 과열 상태에 있는 단위셀 패키지(CP)와 입출력단(A) 사이에 연결된 프로그래밍적 스위치(SW1)를 오프 시키는 제어신호를 발생시킬 수 있다.In the master (M) by using the monitoring information transmitted from the slave (SL) by comparing with a predetermined threshold value, a programmable switch connected between the unit cell package (CP) and the input and output terminal (A) in an overvoltage or overheating state It is possible to generate a control signal that turns off (SW1).
또한, 상기 마스터(M)는 상기 단위셀 패키지(CP)의 전압 및 온도가 정상 범위로 복귀한 경우에는 상기 프로그래밍적 스위치(SW1)를 온 시키는 제어신호를 발생하여 인가함으로써 단위셀 패키지(CP)의 작동을 재개할 수 있다.In addition, the master M generates and applies a control signal for turning on the programmable switch SW1 when the voltage and temperature of the unit cell package CP return to a normal range. You can resume the operation.
이때, 상기 임계값은 호스트(H)에 입력 또는 저장된 조건에 따라 조절될 수 있다.In this case, the threshold value may be adjusted according to a condition input or stored in the host H.
이상과 같은 차단스위치(SW)의 동작과정을 도 9에서 예시하였다.
9 illustrates the operation of the cutoff switch SW as described above.
도 4 내지 도 7은 도 3의 변형예들을 개략적으로 예시한 도면이다.4 to 7 are schematic diagrams illustrating modifications of FIG. 3.
도 4 내지 도 5를 참조하면, 상기 차단스위치(SW)는 기계적 스위치(SW2)로 구현될 수 있으며, 상기 기계적 스위치(SW2)로는 퓨즈 등이 사용될 수 있다.4 to 5, the cutoff switch SW may be implemented as a mechanical switch SW2, and a fuse or the like may be used as the mechanical switch SW2.
상기 기계적 스위치(SW2)는 도 4에서 예시한 바와 같이 각 단위셀 패키지(CP)와 입출력단(A) 사이에 각각 위치될 수 있으며, 도 5에서 예시한 바와 같이 둘 이상의 단위셀 패키지(CP)들과 입출력단(A) 사이에 위치될 수 있다.As illustrated in FIG. 4, the mechanical switch SW2 may be positioned between each unit cell package CP and the input / output terminal A, and as illustrated in FIG. 5, at least two unit cell packages CP may be disposed. And the input / output terminal A may be located.
이에 따라, 단위셀 패키지(CP) 또는 복수 개의 단위셀 패키지(CP)에서 순간적으로 과전압이 발생하거나, 반대로 순간적으로 과다한 에너지가 단위셀 패키지(CP) 방향으로 공급되는 경우 슬레이브(SL) 및 마스터(M)를 거치지 않고 신속하게 경로를 차단함으로써 고장을 방지하고 부수적인 피해를 최소화할 수 있다.
Accordingly, when overvoltage occurs instantaneously in the unit cell package CP or the plurality of unit cell packages CP, or conversely, when excessive energy is momentarily supplied toward the unit cell package CP, the slave SL and the master ( By breaking the path quickly without going through M), it can prevent failure and minimize incidental damage.
도 6 및 도 7은 프로그래밍적 스위치(SW1)와 기계적 스위치(SW2)가 함께 구비된 경우를 예시하고 있다.6 and 7 illustrate a case where a programmable switch SW1 and a mechanical switch SW2 are provided together.
상기 기계적 스위치(SW2)는 급격한 변화 발생시 신속하게 경로를 차단하여 시스템을 보호할 수 있다는 장점이 있지만, 한번 경로가 차단된 이후에는 기계적 스위치(SW2)를 교체하기 전까지 시스템이 정지되며, 자동으로 복구되지 못한다는 단점이 있다.The mechanical switch (SW2) has the advantage of protecting the system by quickly blocking the path in the event of a sudden change, but once the path is blocked, the system is stopped until the mechanical switch (SW2) is replaced, and automatically recovered There is a drawback to not being.
한편, 프로그래밍적 스위치(SW1)는 차단과 복구가 기계적 스위치(SW2)보다 용이하지만 반응속도가 기계적 스위치(SW2)에 비하여 낮기 때문에 급격한 변화에 신속하게 대응하기 어렵다는 단점이 있다.On the other hand, the program switch SW1 is easier to block and recover than the mechanical switch SW2, but has a disadvantage in that it is difficult to respond quickly to sudden changes because the reaction speed is lower than that of the mechanical switch SW2.
따라서, 상기 프로그래밍적 스위치(SW1)와 기계적 스위치(SW2)를 함께 구비함으로써 급격한 변화에 신속하게 대응하는 동시에, 나머지의 경우에는 차단과 복구가 용이하도록 할 수 있다.
Therefore, by providing the programmable switch SW1 and the mechanical switch SW2 together, it is possible to quickly respond to a sudden change and to easily block and recover the rest.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 에너지 저장 시스템 제어방법의 일부를 예시한 도면이다.8 is a diagram illustrating a part of a method for controlling an energy storage system according to an embodiment of the present invention.
도 2 및 도 8을 참조하면, 복수 개의 단위셀(C)이 직렬로 연결되어 단위셀 패키지(CP)를 이루며, 이때, 각각의 단위셀(C)들에는 바이패스 저항(R)과 바이패스 스위치(S)가 구비될 수 있다.2 and 8, a plurality of unit cells C are connected in series to form a unit cell package CP. In this case, each of the unit cells C includes a bypass resistor R and a bypass. The switch S may be provided.
또한, 상기 슬레이브(SL)는 단위셀(C)들 각각의 전압 또는 온도가 정상보다 높은 경우, 해당되는 단위셀(C)에 연결된 바이패스 스위치(S)를 온 시키는 제어신호를 발생하여 단위셀(C)의 에너지를 바이패스 저항(R)을 통하여 소모시키는 동시에 공급되는 에너지를 바이패스시킬 수 있다.In addition, when the voltage or temperature of each of the unit cells C is higher than normal, the slave SL generates a control signal for turning on the bypass switch S connected to the corresponding unit cell C. The energy of (C) may be consumed through the bypass resistor R, and the supplied energy may be bypassed.
또한, 단위셀(C)의 전압 또는 온도가 정상상태로 복귀된 경우, 바이패스 스위치(S)를 오프시켜 상기 단위셀(C)을 다시 가동할 수 있다.In addition, when the voltage or temperature of the unit cell C is returned to the normal state, the bypass cell S may be turned off to operate the unit cell C again.
한편, 이러한 바이패스 저항(R) 및 바이패스 스위치(S)를 이용하는 안정화 기술만으로는 단위셀 패키지(CP) 단위의 안정화에 한계가 있다.
Meanwhile, only stabilization technology using the bypass resistor R and the bypass switch S has a limitation in stabilizing the unit cell package CP.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 에너지 저장 시스템 제어방법의 다른 일부를 예시한 도면이다.9 is a diagram illustrating another part of a method for controlling an energy storage system according to an embodiment of the present invention.
도 3과 도 9를 참조하면, 상기 차단스위치(SW)는 IGBT 등의 프로그래밍적 스위치(SW1)로 구현될 수 있다.3 and 9, the cutoff switch SW may be implemented as a programmable switch SW1 such as an IGBT.
단위셀 패키지(CP)의 전압 또는 온도를 모니터링하는데, 미리 설정된 임계값과 모니터링된 단위셀 패키지(CP)의 전압 또는 온도값을 비교하여, 과충전 또는 과열 상태로 진입한 단위셀 패키지(CP)와 연결된 프로그래밍적 스위치(SW1)를 오프시킬 수 있다.The unit cell package CP monitors the voltage or temperature of the unit cell package CP. The unit cell package CP enters an overcharged or overheated state by comparing a preset threshold with a monitored unit cell package CP. The connected programmable switch SW1 can be turned off.
또한, 상기 단위셀 패키지(CP)의 전압 또는 온도가 정상상태로 복귀되면 상기 프로그래밍적 스위치(SW1)를 온 시킴으로써 해당 단위셀 패키지(CP)를 다시 작동시킬 수 있다.In addition, when the voltage or temperature of the unit cell package CP returns to a normal state, the unit cell package CP may be operated again by turning on the programmable switch SW1.
이때, 상기 프로그래밍적 스위치(SW1)를 제어하는 제어신호는 상기 마스터(M)에서 발생하여 프로그래밍적 스위치(SW1)로 인가될 수 있다.In this case, a control signal for controlling the programmable switch SW1 may be generated by the master M and applied to the programmable switch SW1.
또한, 상기 임계값은 호스트(H)에 입력 또는 저장된 조건에 따라 조절될 수 있다.In addition, the threshold may be adjusted according to a condition input or stored in the host (H).
이에 따라, 복수 개의 단위셀 패키지(CP)를 포함하는 에너지 저장 시스템에서 단위셀 패키지(CP)와 입출력단(A)과의 경로를 각각의 단위셀 패키지(CP) 별로 연결하거나 차단할 수 있으므로 에너지 저장 시스템의 신뢰성이 향상된다.Accordingly, in the energy storage system including the plurality of unit cell packages CP, the path between the unit cell package CP and the input / output terminal A can be connected or blocked for each unit cell package CP, thereby saving energy. The reliability of the system is improved.
또한, 이상 상태에 있는 단위셀 패키지(CP) 만을 분리하고 나머지 단위셀 패키지(CP)를 이용하여 시스템이 작동될 수 있으므로 시스템 사용의 효율성이 향상된다.In addition, since the system can be operated using only the unit cell package CP in an abnormal state and using the remaining unit cell package CP, the efficiency of using the system is improved.
또한, 프로그래밍적 스위치(SW1)를 이용하여 상기 경로를 차단하거나 연결되도록 함으로써 다양한 경우와 조건에 합당한 임계값을 설정하여 시스템을 안정적으로 운용할 수 있다.
In addition, by using the programmable switch (SW1) to block or connect the path it is possible to operate the system stably by setting a threshold value suitable for various cases and conditions.
이상의 상세한 설명은 본 발명을 예시하는 것이다. 또한 전술한 내용은 본 발명의 바람직한 실시 형태를 나타내고 설명하는 것에 불과하며, 본 발명은 다양한 다른 조합, 변경 및 환경에서 사용할 수 있다. 즉, 본 명세서에 개시된 발명의 개념의 범위, 저술한 개시 내용과 균등한 범위 및/또는 당업계의 기술 또는 지식의 범위 내에서 변경 또는 수정이 가능하다. 전술한 실시예들은 본 발명을 실시하는데 있어 최선의 상태를 설명하기 위한 것이며, 본 발명과 같은 다른 발명을 이용하는데 당업계에 알려진 다른 상태로의 실시, 그리고 발명의 구체적인 적용 분야 및 용도에서 요구되는 다양한 변경도 가능하다. 따라서, 이상의 발명의 상세한 설명은 개시된 실시 상태로 본 발명을 제한하려는 의도가 아니다. 또한 첨부된 청구범위는 다른 실시 상태도 포함하는 것으로 해석되어야 한다.
The foregoing detailed description is illustrative of the present invention. In addition, the foregoing description merely shows and describes preferred embodiments of the present invention, and the present invention can be used in various other combinations, modifications, and environments. That is, it is possible to make changes or modifications within the scope of the concept of the invention disclosed in this specification, the disclosure and the equivalents of the disclosure and / or the scope of the art or knowledge of the present invention. The above-described embodiments are for explaining the best state in carrying out the present invention, the use of other inventions such as the present invention in other states known in the art, and the specific fields of application and uses of the invention are required. Various changes are also possible. Accordingly, the foregoing description of the invention is not intended to limit the invention to the precise embodiments disclosed. It is also to be understood that the appended claims are intended to cover such other embodiments.
H : 호스트
M : 마스터
SL : 슬레이브
C : 단위셀
CP : 단위셀 패키지
S : 바이패스 스위치
R : 바이패스 저항
SW : 차단 스위치
SW1 : 프로그래밍적 스위치
SW2 : 기계적 스위치
A : 입출력단H: host
M: Master
SL: Slave
C: unit cell
CP: unit cell package
S: Bypass Switch
R: bypass resistance
SW: Disconnect Switch
SW1: Programmable Switch
SW2: Mechanical Switch
A: I / O
Claims (14)
상기 복수 개의 단위셀이 직렬 및 병렬 중 적어도 한 방식으로 연결되어 이루어지는 단위셀 패키지;
상기 단위셀 패키지와 연결되어, 상기 단위셀 패키지로 에너지를 공급하거나 상기 단위셀 패키지에 저장된 에너지를 출력하는 입출력단;
상기 단위셀 패키지와 입출력단 사이에 연결되어, 상기 단위셀 패키지와 입출력단 사이를 연결하거나 차단하는 차단스위치;
상기 복수 개의 단위셀 및 단위셀 패키지 중 적어도 하나와 연결되어, 상기 복수 개의 단위셀 및 단위셀 패키지 중 적어도 하나의 전압을 모니터링 하는 슬레이브;
상기 슬레이브와 연결되어 상기 슬레이브에서 모니터링된 정보를 전송받고, 상기 모니터링된 정보에 따라 상기 슬레이브 및 상기 차단스위치를 제어하는 신호를 생성하는 마스터;
상기 복수 개의 단위셀 각각에 병렬로 연결되는 바이패스 저항; 및
상기 바이패스 저항과 단위셀 사이를 연결하거나 차단하는 바이패스 스위치;
를 포함하는
에너지 저장 시스템.
In the energy storage system having a plurality of unit cells for storing or outputting energy,
A unit cell package in which the plurality of unit cells are connected in at least one of serial and parallel manners;
An input / output terminal connected to the unit cell package and supplying energy to the unit cell package or outputting energy stored in the unit cell package;
A disconnecting switch connected between the unit cell package and the input / output terminal to connect or disconnect the unit cell package and the input / output terminal;
A slave connected to at least one of the plurality of unit cells and unit cell packages to monitor voltages of at least one of the plurality of unit cells and unit cell packages;
A master connected to the slave to receive information monitored by the slave and generating a signal for controlling the slave and the disconnect switch according to the monitored information;
A bypass resistor connected to each of the plurality of unit cells in parallel; And
A bypass switch connecting or disconnecting the bypass resistor and a unit cell;
Containing
Energy storage system.
상기 슬레이브가 상기 바이패스 스위치의 온 또는 오프를 제어하는 것인
에너지 저장 시스템.
The method of claim 5,
The slave controls the on or off of the bypass switch.
Energy storage system.
상기 차단스위치는,
미리 설정된 임계값을 초과하는 출력이 인가되면 스스로 컷-오프 되는 기계적 스위치
를 포함하는 것인
에너지 저장 시스템.
The method of claim 5,
The cutoff switch,
Mechanical switch that cuts off itself when an output above the preset threshold is applied
To include
Energy storage system.
상기 차단스위치는,
상기 마스터에서 발생되는 제어신호를 인가받아 온 또는 오프 되는 프로그래밍적 스위치를 포함하는 것인
에너지 저장 시스템.
The method of claim 5,
The cutoff switch,
It includes a programmable switch that is turned on or off by receiving the control signal generated from the master
Energy storage system.
상기 차단스위치는,
상기 마스터에서 발생되는 제어신호를 인가받아 온 또는 오프 되는 프로그래밍적 스위치; 및
미리 설정된 임계값을 초과하는 출력이 인가되면 스스로 컷-오프 되는 기계적 스위치;
를 포함하는 것인
에너지 저장 시스템.
The method of claim 5,
The cutoff switch,
A programmable switch which is turned on or off by receiving a control signal generated from the master; And
A mechanical switch which cuts off itself when an output exceeding a preset threshold is applied;
To include
Energy storage system.
상기 프로그래밍적 스위치는 상기 단위셀 패키지와 연결되고, 상기 기계적 스위치는 상기 프로그래밍적 스위치와 연결되는 것인
에너지 저장 시스템.
10. The method of claim 9,
The programmable switch is connected to the unit cell package, the mechanical switch is connected to the programmable switch.
Energy storage system.
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A201 | Request for examination | ||
E902 | Notification of reason for refusal | ||
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
GRNT | Written decision to grant | ||
LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |